设计范例1-设备需求与工艺

设计范例自动装配机撰稿：王品越第一部分设备的需求与产品工艺第一部分：功能需求认识一、作业目的结构装配作业利用外管壳装配两个内管，并通过施加压力产生的变形作相对位置固定。第一部分：功能需求认识二、主要技术要求1、压合工作压力550±50kg，要求变形压力有持续保压特征。2、压装后管壳外径允许变形量不大于Δ0.1mm。3、为降低工资成本，提高生产效率，要求全自动作业。4、装配生产效率优于40件/分钟5、价格在10万元左右。第一部分：功能需求认识三、工作对象的理化性质1、工作对象的形态圆柱形2、工作对象的性状外管较长，内管较短，尤其是内管23、工作对象的性质外管为铝材质量较小，内管为铅材，比重大4、工作对象的化学性质易燃（粉末）第一部分：功能需求认识四、原有工装与工艺过程1、原有工艺装备零件套装模具三套半自动圆盘压力机（1t）一台压装模具40套（循环周转）三套件2、原有工作效率8人一组：套装x3人，装卸x4人，周转1人班产10000件，1250件/人3、原有工资成本以日工资100元计，单件工资成本为0.08元/件第一部分：功能需求认识四、原有工装与工艺过程4、原有工艺过程1）人工一次定位外管100件2）人工一次定位内管1-100件，并装入外管3）人工一次定位内管2-100件，并装入外管4）人工（2人）内外管组合，装入压装模具（限制压装变形），放置在圆盘压力机的物流装置上，送入间歇压装输送盘。5）压力机以40转/分钟的速度往复运行，利用杠杆、砝码稳定工作压力，实施压装作业。6）人工（2人）自模具中取出产品，回收模具。第一部分：功能需求认识五、认识产品的工作环境1、温度与压力室内工作：工作环境的温度20+5°C（空调）2、湿度相对湿度70-80%3、能源车间环境三相380V电源4、其他存在微量粉尘，有爆炸危险第一部分：功能需求认识六、设备的性能要求1、工作效率提高人均生产效率10倍以上2、精度等级满足前述技术要求3、自动化程度全自动作业，具备半自动作业能力4、可靠性大修间隔周期优于5000小时表第一部分：功能需求认识七、其他技术要求1、粉尘防爆，要求具有局部抽风除尘能力2、粉尘处理，喷淋回收（因用户已有相应条件，故在本案中不予考虑）第二部分：工艺过程分析一、原有工艺特点1、批量套装模具有利于提高生产效率2、仅压合过程为自动化作业，其余基本上是劳动密集型作业，人工需求太大（8人），生产效率低，工资成本高。3、使用杠杆、砝码准确控制工作压力。4、为适应材料塑性变形的时间需求，必须使用标称压力保持一段时间（0.2秒）。1、严格遵循原有装配过程顺序与保压时间2、多工位并联多件作业，能够大幅度提高生产效率，但受零件误差的影响，无法确保产品品质（过时工艺）。3、多工位串联单件作业是当今自动化生产的主流，其主要优势是能够确保产品品质，缺点是设备结构较为复杂。第二部分：工艺过程分析二、新建工艺设想第二部分：工艺过程分析三、新建主机设想1、转鼓式主机多工位串联连续作业，作业时间将消化在输送过程中，能够在保证品质的前提下大幅度提高生产效率。在本案当中，由于以下因素用户不予采用。为确保生产能力的可靠性，用户希望多机冗余。多点压合对主机结构的承载能力要求过高，可能导致设备可靠性降低。第二部分：工艺过程分析三、新建主机设想2、转盘式自动机多工位串联间歇作业，利用间歇时间实施工位作业，由于间歇辅助时间的占用以及机构运动的加减速时间的影响，导致生产效率较低。在本案当中，由于与原有设备结构相近，投资风险减低，用户倾向于采用。第二部分：工艺过程分析四、运功规律与参数1、运动规律【分解、简化的原则】工作主机----往复直线间歇运动工位输送辅机----与主机协调的间歇运动料仓辅机----随机给料，供应速度大于需求2、运动参数工作节奏----60次/分钟运行速度----一般工作行程----80-100mm运动质量----振动主机---大质量往复直线运动，须消除冲击辅机---大质量间歇运动，必须消除冲击第二部分：工艺过程分析五、料仓辅机与空间限制1、外管辅机辅机1）钩盘式料仓2）电磁振动料仓2、内管辅机电磁振动料仓3、空间限制本机为主机辅机一体化设计，无其他结构制约。第二部分：工艺过程分析六、运行工作特点分析1、三个零件必须有各自的自动供给料仓，解决储存、排序、定向、定量问题。2、为确保装配品质，必须使用压装模具来限制变形；而为简化工艺过程，模具最好相对固定。3、压力机应具有一定的底部停留（保压）能力。4、必须遵循原有工艺5、受工艺保压需求限制，主机工作节奏不宜超过60次/分。第三部分：基本工作方案的确定一、工艺过程方案1、工艺结构方案1）工位输送方式线性输空间占用较大，并且模具回收需要增加工作机构，故不予考虑。回转输送系统为循环工作方式，能够简化机构。考虑到重力的利用，故采用平面回转机构。2）主机结构方式工作机构采用典型的竖直往复方式，以便能够有效地利用重力，达到简化机构的目的。第三部分：基本工作方案的确定二、装配工装初步设计1、模具主体（外圆尺寸限制）若外管自上部装入，则内管（尺寸略小）装入时难以定位；此外产品必须自模具主体下方退出；故采用模具上部内管导向，下部外管装入方式。2、模具底座（承载装配压合压力）由于外管自模具下部装入必须有导向锥面，故底座设计成为二级圆柱结构形式：小圆柱用于消除锥面影响，大圆柱用于承载。第三部分：基本工作方案的确定二、装配工装初步设计第三部分：基本工作方案的确定三、作业工作过程描述1、往复式送料器送入外管（轴线与模具主体重合），模具底座自模具下部上行，将外管推入模具主体。送料器夹头利用其弹性适时脱离外管。2、圆盘式送料器将内管1送至模具上方（不能自行跌落，恐姿态不稳定），利用滑块的下行运动，装料冲将内管1推入模具外管。3、圆盘式送料器将内管2送至模具上方（不能自行跌落，恐姿态不稳定），利用滑块的下行运动，装料冲将内管2推入外管。第三部分：基本工作方案的确定三、作业工作过程描述4、利用滑块的下行运动，检测冲头压入模具。若套装正常或漏装内管，冲头无相对运动，无报警信号。若套装位置过高，导致检测重头上移，发出报警信号并停车。5、压合冲头随滑块的下行，通过对产品的挤压导致模具下行，将定压杠杆顶起（定压），完成压合。6、退料冲头随滑块下行，将产品自模具下方顶出。第三部分：基本工作方案的确定四、设备结构方案1、工作主机往复式压力机，注意保压功能。根据模具结构，暂定工作行程100mm板式焊接机架2、工作辅机三台零件料仓位于主机上方（可利用重力输送零件）第三部分：基本工作方案的确定四、设备结构方案3、工艺布局1）六工位间歇转位圆盘此时若运行节奏为1次/秒，生产效率仅达60件/分钟，绝对生产效率过低。此外，压合工位偏离工作中心，对设备导向机构不利。图3.六工位转位结构第三部分：基本工作方案的确定四、设备结构方案2）12工位间歇转位圆盘此时若运行节奏为1次/秒，生产效率可达120件/分钟，绝对生产效率提高一倍。此外两个压合工位对称布置，压力中心与设备重合。图4.12工位转位结构第三部分：基本工作方案的确定五、工艺系统1、工作主机若采用12工位方案，每次压合将有两件并联工作，此时标称压力应有1.5t以上。为防止润滑油污染工件，往复机构的导向部分应位于转位结构侧面或下方。2、间歇机构12工位马氏槽轮，或12工位圆柱凸轮分割器，动静比1/4。3、外管料仓解决外管的储存、排序、定向、定量、输送等问题。4、内管料仓x2解决内管的储存、排序、定向、定量、输送等问题。第三部分：基本工作方案的确定六、控制系统方案本系统控制逻辑较为简单，仅有主机驱动电机与离合器电磁铁两台执行电器；控制信号仅有主令信号与装配检测信号两种；使用继电器控制即可。第三部分：基本工作方案的确定七、运动关系时间分配图